Текст книги "Радиоэлектроника в нашей жизни"
Автор книги: Борис Фомин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)
Электроника в биологии и в медицине
Электрической энергией можно воздействовать на живую ткань, замедлять или ускорять интенсивность тех или иных процессов, происходящих в организме.
На рис. 13 показан снимок с экрана сложного электронного прибора – катодного осциллографа, предназначенного для исследования различных электрических процессов.
Рис. 13. Электрический ток при раздражении нерва лягушки, зарегистрированный на экране осциллографа.
Прибор зарегистрировал появление тока, возникшего при раздражении нерва лягушки, причем продолжительность этого явления составляла всего 2–3 тысячных доли секунды.
Ученые широко используют подобные приборы, исследуя жизнедеятельность различных органов и тканей животных и человека. Поскольку электрические токи, возникающие в тканях организма, очень малы, для их усиления применяют радиоусилители.
Многие медицинские учреждения нашей страны имеют кабинеты радиотерапии – так называется новая отрасль медицины, использующая токи низкой и высокой частоты и радиоволны как лечебное средство.
С помощью токов низкой частоты можно заставить мышцы человека периодически сокращаться и расслабляться. Такая электрогимнастика очень полезна при лечении некоторых видов параличей, ожирения и т. д.
Импульсы токов низкой частоты, если воздействовать ими на кору головного мозга, могут вызвать искусственный сон. Лечение искусственным сном применяется для борьбы с такими заболеваниями, как гипертония, неврозы и др.
Широко используются в медицинской практике и токи высокой частоты. Эти токи вырабатываются ламповыми генераторами, схема которых подобна схемам генераторов в передатчиках. Для лечения используются колебания от 500 тысяч до 1 миллиона колебаний в секунду. Больного помещают внутрь огромной катушки индуктивности, либо прикладывают к различным участкам тела металлические электроды. Эти электроды не что иное, как пластины конденсатора, входящего в колебательный контур.
Токи высокой частоты широко применяются при лечении ран, ожогов, язв, при головных болях. Они используются для прогревания различных внутренних органов человека, позволяя быстрее излечивать воспаление легких, плеврит и другие простудные заболевания. Положительные результаты дало применение токов высокой частоты для лечения различных заболеваний сердца и органов пищеварения.
Интересны опыты по применению в медицинской практике импульсов высокой частоты. Их создают электронные устройства, напоминающие передатчики радиолокаторов. Генераторы импульсного тока успешно применяются при оживлении мнимоумерших, для создания искусственного дыхания и во многих других случаях.
Мы уже говорили о стерилизующем свойстве токов высокой частоты, используемом для обработки загрязненных продуктов в пищевой промышленности. Это свойство начинает применяться и в медицине, Инструмент и хирургические материалы подвергают обработке токами высокой частоты. Тем самым ликвидируют опасность заражения во время операции.
В медицине применяют и самые короткие радиоволны, имеющие длину менее 10 метров. Облучение ими используется при лечении фурункулеза, флегмоны и т. д.
Трудно рассказать о всем многообразии электронных приборов, используемых в медицине и в биологии. Среди них – устройства, позволяющие определять размеры внутренних органов человека и животных; приборы, дающие возможность наблюдать на экране трубки работу сердца непосредственно у постели больного, портативные усилительные аппараты, возвращающие слух тугоухим, и т. д.
АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА
Корабль без рулевого
Радиоэлектронные устройства с успехом применяются для управления различными механизмами на расстоянии. Опыты в этом направлении стали проводиться вскоре после изобретения радио.
Расскажем коротко, как управляются по радио корабли.
Управление движением корабля, на котором нет команды, осуществляется с берега при помощи радиосигналов передатчика. На корабле эти сигналы принимаются приемником и после усиления воздействуют на электрический привод рулевого устройства. В качестве такого привода используется либо электродвигатель, либо мощный магнит.
Когда радиостанция посылает сигналы, электропривод на управляемом корабле включается, и руль поворачивается в нужную сторону. Прекратились сигналы – руль автоматически возвращается в первоначальное положение, и корабль движется по прямой.
Управление кораблями по радио впервые было использовано в военном деле. Еще во время первой мировой войны 1914–1918 годов был проведен успешный опыт управления по радио моторной лодкой, нагруженной взрывчатыми веществами. Эта немецкая лодка управлялась с самолета, поэтому летчик легко мог выбирать ее маршрут. Войдя в порт Шербур – важную базу англо-американских войск в северной Франции, – моторная лодка налетела на набережную и разрушила ее. Это затруднило разгрузку военных транспортов. Другая такая лодка была вовремя замечена и уничтожена.
Позднее телеуправление кораблями применялось во время учебных стрельб. В качестве мишеней использовались устарелые корабли. Их движением управляли по радио.
Управление движущимися объектами по радио нашло применение и в авиации. Во время второй мировой войны самолеты, нагруженные бомбами, не имея на борту ни одного человека, поднимались в воздух и направлялись в сторону противника. По радиосигналу, принятому приемником, они пикировали на вражеский объект. Самолет, управляемый по радио, может также вернуться на свой аэродром и совершить посадку[13]13
Читайте об этом брошюру «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: С. Д. Клементьев, Управление на расстоянии.
[Закрыть].
В настоящее время эта отрасль техники развилась настолько, что даже авиамоделисты делают управляемые по радио модели, которые могут в воздухе выполнять фигуры высшего пилотажа.
Электронная автоматика
В декабре 1955 года крупнейшая в мире Куйбышевская гидроэлектростанция дала первый промышленный ток. Москва, города и села Поволжья начали получать дешевую электроэнергию.
Для управления основными механизмами и вспомогательным оборудованием Куйбышевской ГЭС широко применяется автоматика и телемеханика. Включение и выключение гидроагрегатов производится автоматически. Специальные приборы показывают уровень Волги выше и ниже плотины. Если к трущимся деталям перестает поступать смазка или выходит из строя водяное охлаждение, то автоматическое устройство немедленно подает сигнал дежурному смены. Включение мощных трансформаторов, повышающих напряжение до 400 тысяч вольт, производится ка расстоянии. Современные электронные устройства позволяют дежурному объединенного диспетчерского управления из Москвы контролировать работу агрегатов гидроэлектростанции.
В нашей стране работает уже немало электростанций, которые находятся «на замке» и работают без обслуживающего персонала.
Людей заменили различные автоматически действующие электронные устройства. В случае возникновения неисправности они подают сигнал дежурному инженеру. Управление станцией производится с диспетчерского пункта. Перед диспетчером – целый ряд приборов, показывающих, как работает станция. Вся эта сложная система управления включает в себя различные электрические и электронные устройства.
На многих автомобильных, машиностроительных и других заводах, выпускающих массовую продукцию, работают десятки автоматических поточных линий и сотни станков-автоматов. Около них нет людей, они работают «самостоятельно». Небольшие электрические приборы – реле – сами производят пуск и остановку машин. Команды этим приборам подаются нажатием кнопок на пульте управления.
Можно автоматизировать работу не только отдельного станка или группы машин, по и работу всего предприятия. Уже несколько лет у нас работает первый в мире завод-автомат. Все на этом заводе делается автоматическими устройствами: производство отливок, обработка на многочисленных токарных, сверлильных и фрезерных станках, контроль каждой производственной операции, разбраковка изделий и упаковка их. Немало в нашей стране и других автоматизированных предприятий – хлебозаводов, макаронных и консервных фабрик, мясокомбинатов, табачных фабрик, химзаводов и др.
Автоматика освобождает человека от утомительных и однообразных производственных операций, экономит время рабочего, увеличивает выпуск продукции. Заменяя сотни рабочих, она позволяет использовать их на других участках производства.
Без применения автоматики и телемеханики невозможно было бы наладить современное массовое производство и развивать его[14]14
См. также брошюру «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: К. В. Егоров, Автоматика и телемеханика.
[Закрыть].
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Увеличение продуктивности хозяйства
Мы уже говорили о том, что на клетки живых организмов можно воздействовать высокочастотным электромагнитным полем. При этом в зависимости от характерна такого воздействия может быть повышена или ослаблена жизнедеятельность организма. Это и используется в сельскохозяйственном производстве.
Известно, какой огромный вред приносят вредители сельского хозяйства – амбарный клещ и амбарный долгоносик. Они уничтожают тысячи тонн семян, делают их непригодными для посева. С помощью радиоэлектронных приборов оказалось возможным вести с ними борьбу. Зараженное этими вредителями зерно пропускают через высокочастотную установку, где они погибают.
Если же изменить интенсивность и характер воздействия электромагнитных волн, то можно добиться ускорения жизненных процессов в организме. Так, успешные опыты проведены с личинками шелковичного червя. Облучение их полем высокой частоты увеличивало выработку шелка на 20–30 процентов.
Электромагнитные волны воздействуют и на клетки растений. Проведены успешные опыты по облучению электромагнитными волнами растений и семян. Облучение ускорило рост и развитие растений, позволило собрать более высокий урожай. Особенно это важно для таких культур, которые не успевают созревать до наступления холодов.
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте удобрений, агротехники и агропочвоведения были проведены успешные опыты по использованию ультразвуков в сельском хозяйстве. Одинаковые семена огурцов были посеяны в один и тот же грунт. Но половину семян перед посадкой подвергли воздействию ультразвуком, т. е. в течение трех-пяти минут через семена пропускали ультразвуки.
Под их влиянием питательные вещества, запасенные в семени, раздробились, перешли в новую, более легко усвояемую форму. Масла превратились в раздробленные эмульсии, крахмал в растворимый декстрин. Частично расщепился белок. Все это повысило энергию прорастания семян, ускорило рост и значительно увеличило урожайность.
Наряду с обработкой семян были проведены опыты по ультразвуковому воздействию на почву. Имеющийся в почве перегной легко отдает семенам заключенные в нем питательные вещества лишь тогда, когда его частицы достаточно рыхлы. В этом случае почву легко обрабатывать, и урожай на ней получается выше. При пропускании через почву ультразвуковых колебаний пленки перегноя обволакивают частицы лесса, они легко разрыхляются, урожай повышается.
Радиоэлектронные приборы используются и в животноводстве. Наблюдая с их помощью биотоки домашних животных, специалисты судят о правильности функционирования различных органов и определяют заболевания.
Радио в наступлении на целину
Многие миллионы гектаров земли поднимаются теперь за несколько месяцев весенних и осенних полевых работ на востоке нашей страны, в районах целинных и залежных земель. Руководство такой работой невозможно без четкой повседневной связи.
Осуществить эту связь только с помощью телефона трудно, так как прокладка телефонных линий занимает немало времени; кроме того, тракторные бригады и отряды непрерывно передвигаются, уходят вглубь бескрайних просторов целинных земель.
Бесперебойную, круглосуточную связь с тысячами тракторных бригад можно осуществить только по радио. Теперь в колхозы и совхозы одновременно с тракторами, автомашинами, автозаправщиками и другими машинами поступают и радиостанции разных типов.
Наиболее распространена на целинных и залежных землях радиостанция «Урожай». Таких станций насчитываются уже тысячи, они имеются в каждой тракторной бригаде. Радиостанция «Урожай» обеспечивает уверенную связь в пределах 60 километров. Для связи на большие расстояния применяются станции других типов.
Преимущества радиосвязи позволили по-новому организовать полевые работы. Радио дало возможность быстро ликвидировать простои тракторов и других сельскохозяйственных машин. По радио с центральной усадьбы МТС нередко дается техническая консультация по устранению тех или иных неполадок в машинах, передаются агротехнические советы.
НЕМНОГО О БУДУЩЕМ
Передача энергии без проводов
Передача радиосигналов – это в то же время и передача энергии на большое расстояние без проводов. Однако с точки зрения экономической целесообразности такая передача невыгодна: приемник «улавливает» из окружающего пространства лишь ничтожную долю той энергии, которую излучает передающая антенна. Но нельзя ли увеличить эту долю существенным образом?
Это можно осуществить в том случае, если электромагнитные волны, излучаемые антенной передатчика, будут сконцентрированы, собраны в узкий пучок. В настоящее время уже созданы такие образцы передающих антенн, которые обеспечивают строгую направленность радиоизлучения. Эти антенны широко применяются в радиолокации, радиорелейной связи, в радионавигации.
Большое значение для передачи энергии на расстояние без проводов имеет выбор длины волны. Очевидно, для этой цели будут использованы самые короткие радиоволны. Они распространяются, как уже указывалось, прямолинейно, подобно солнечному лучу. Сейчас в этом направлении ведутся исследования с радиоволнами длиной в несколько сантиметров и даже миллиметров.
В каких случаях будет нужна передача энергии без проводов?
Например тогда, когда строить линию электропередачи экономически невыгодно или технически сложно. Предположим, нужно обеспечить электроэнергией населенный пункт, находящийся по другую сторону ущелья или на островке, отделенном от материка проливом. Портативные установки, расположенные на возвышенных местах, смогут полученную электромагнитную энергию превращать в электрический ток. Передатчики этой энергии будут устанавливаться вблизи мощных электростанций.
Рис. 14. Энергетическая станция будущего.
Ракетные снаряды, управляемые по радио
В ноябре 1953 года на сессии Всемирного Совета Мира президент Академии наук СССР А. Н. Несмеянов сказал: «Наука достигла такого состояния, когда реальна посылка стратоплана на Луну». Ученые многих стран настойчиво работают над осуществлением этой задачи.
До того как первые космические ракеты с людьми начнут совершать полеты за пределы земной атмосферы, неизбежен период пробных полетов автоматических ракет без людей. Эти ракеты будут управляться по радио.
Радиоволны принесут первые сведения о физических условиях, существующих на Луне, они расскажут о свойствах космического пространства. На Луну отправятся управляемые по радио космические лаборатории, снабженные телевизионными камерами. Благодаря им с Земли удастся рассмотреть рельеф лунной поверхности. Совершенные радиоэлектронные приборы измерят температуру лунной поверхности и определят другие данные, которые с помощью радиоволн будут передаваться на Землю.
Космические ракеты во время полета на Луну несколько раз будут заправляться топливом специальными ракетами-заправщиками, управляемыми с земли по радио. Радиоприборы позволят осуществить постоянный контроль за полетом ракеты от взлета до посадки[15]15
Подробно о космических полетах рассказывается в брошюре «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: А. А. Штернфельд, Межпланетные полеты.
[Закрыть].
Для получения необходимых данных о свойствах космического пространства, для проведения огромного количества научных исследований за пределами земной атмосферы ученые предлагают создать искусственные спутники Земли. Они, как и Луна, будут вращаться вокруг Земли. Первые такие спутники должны быть запущены уже в 1957 году. Без радиоэлектроники справиться с этой задачей нельзя.
Ракетные снаряды, управляемые по радио, можно использовать также для исследования стратосферы и космических лучей, фотографирования поверхности Земли с огромной высоты, переброски почты и других грузов между городами, отстоящими друг от друга на десятки тысяч километров.
Создание ракетных снарядов для космических полетов – задача очень трудная и сложная. Однако уровень развития современной радиоэлектроники и реактивной техники настолько высок, что позволяет уверенно предполагать скорое осуществление этих задач.
Радиоэлектронная аппаратура будущего
Развитие современной науки и техники уже позволило воплотить в жизнь самые смелые мечтания людей. Еще до открытия радио знаменитый французский романист Жюль Верн в романе «Замок в Карпатах» писал о громкоговорящем телефоне, а в романе «Остров-винт» – о передаче изображений на расстояние. Потребовалось немного более полувека настойчивых трудов ученых, чтобы оставить фантазию писателя далеко позади. Какой же станет радиоэлектронная аппаратура в будущем? Какие «поручения» людей она будет выполнять?
Откройте заднюю крышку радиоприемника и загляните внутрь. Вы увидите самые разнообразные детали: стеклянные или металлические радиолампы, трансформаторы и дроссели, конденсаторы и сопротивления. Соединенные в одну общую схему, эти детали занимают довольно значительный объем. Еще более громоздки детали передающих устройств.
Но вскоре громоздких радиоприемников и радиопередатчиков, которые мы встречаем сегодня, не будет. Их заменит портативная, безотказно действующая радиоэлектронная аппаратура.
Использование деталей, радиоламп и полупроводниковых элементов исключительно малых размеров позволит создать приемник размером не более спичечной коробки. Такой приемник сможет легко уместиться в кармане настанет такой же привычной принадлежностью, как, например, часы.
Питание радиоэлектронных устройств будет осуществляться от атомных батарей. Такие батареи могут работать непрерывно несколько лет. Первые их образцы уже созданы.
Радиопередающие устройства будущего также будут непохожи на современные. Вместо громоздких электронных генераторных ламп, катушек индуктивности, трансформаторов, дросселей появится компактный преобразователь атомной энергии в энергию электромагнитных волн.
Будет осуществлена идея видеотелефона. Разговаривая по телефону с абонентом, находящимся от вас в десятках и сотнях километров, вы сможете не только слышать его, но и видеть. Одновременно вы увидите предметы, окружающие вашего собеседника, чертежи, схемы, документы, которые он вам будет демонстрировать.
Для связи между предприятиями и учреждениями будут созданы портативные, простые в обращении телефонно-телеграфные аппараты. Они позволят осуществлять буквопечатание по проводам и облегчат переписку и обмен информацией между корреспондентами. Любой работник может соединиться по телефону с нужной организацией, сесть за этот аппарат и отпечатать текст, который сразу же окажется на столе у адресата.
Но это далеко не самые важные применения радиоэлектроники будущего. Радиоэлектронные приборы станут управлять целыми цехами, контролировать подачу материалов, следить за качеством продукции, за ходом химических реакций и т. д. Наступит эпоха невиданного по масштабам применения математических машин. Ими будут пользоваться инженеры при выборе наилучшей технологии производства, создании новых образцов продукции, при изучении новых способов обработки материалов и во многих других случаях. По воле человека, под его контролем радиоэлектронные приборы будут выполнять все самые трудоемкие операции в современном массовом производстве.
